DE10062795A1 - Anlage zum Prüfen der Biegefestigkeit eines Mastes und Verfahren zum Betrieb der Anlage - Google Patents
Anlage zum Prüfen der Biegefestigkeit eines Mastes und Verfahren zum Betrieb der AnlageInfo
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Abstract
Es wird eine Anlage zum Prüfen der Biegefestigkeit eines im Boden 1 verankerten Mastes 2 beschrieben. Zum Aufbringen eines Biegemoments auf den Mast 2 wird eine Biegelast 3 vorgesehen. Die durch die Biegelast 3 bewirkte Mastauslenkung wird mit Hilfe einer Meßeinheit erfaßt. Um die Messung der Mastauslenkung und gegebenenfalls des Mastfundaments 4 in allen Richtungen zugleich erfassen zu können, gehört zur Meßeinheit mindestens ein Satelliten-Navigationsempfänger 12, 16. Ein solches Gerät kann die Mastauslenkung und/oder auch die geographischen Koordinaten des Mastes 4 erfassen (Fig. 2).
Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Prüfen der Biegefestigkeit eines am Mastfuß
im Boden verankerten Mastes, bestehend aus einer Krafteinheit, mit deren Hilfe ei
ne Biegelast in den Mast einleitbar und dadurch der Mast mit einem Biegemoment
belastbar ist, und aus einer Meßeinheit, insbesondere zum Feststellen einer Aus
lenkung des Mastes. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb der Anlage. Die
Biegefestigkeit des Mastes umfaßt im Rahmen der Erfindung allgemein die mecha
nische Stabilität des Mastes und auch dessen Standfestigkeit im Boden, also die
Stabilität des Mastfundamentes. Unter dem Begriff "Biegelast" werden im vorliegen
den Zusammenhang sowohl stetig ansteigende oder abfallende Belastungen als
auch Belastungen durch Einleiten einer mechanischen Schwingung bzw. durch
Stoß verstanden.
Bekannte Anlagen und Verfahren zum Prüfen der Biegefestigkeit eines Mastes wer
den beschrieben in DE-OS 15 73 752, DE-GM 94 04 664, 298 19 110 und 299 01 924
sowie in EP 0 638 794 A1 und US-PS 52 12 654.
Die DE-OS 15 73 752 betrifft eine Vorrichtung, mit deren Hilfe durch Bildung eines
einfachen Kräftedreiecks ein Mast einer Biegebelastungsprobe unterzogen werden
kann. Im Prinzip gilt das Gleiche für die Vorrichtungen nach den DE-GM 298 19 110
und 299 01 924. Aus dem Gebrauchsmuster 94 04 664 und der EP 0 638 794 A1 ist
eine Vorrichtung bekannt, welche unter Zuhilfenahme eines Minibaggers Masten
belastet und per gekoppeltem Druck- und Wegsensor das nach dem Hookeschen
Gesetz lineare Verhalten zwischen diesen beiden Werten überprüft. Dabei wird ein
stehend verankerter Mast mit einer ansteigenden Kraft beaufschlagt. Sowohl diese
Kraft als auch die Strecke, um die der Mast an einer ausgewählten Stelle aufgrund
der Kraft seitlich ausgelenkt wird, werden zeitgleich mit Sensoren gemessen.
US-PS 52 12 654 betrifft die Stabilitätsmessung an Masten aus Holz. Die Meßergebnisse
aller dieser Verfahren und Vorrichtungen können in einer Datenverarbeitungsanlage
bzw. in einem Rechner gespeichert, ausgewertet und bei Bedarf über einen
Bildschirm und/oder mit einem Drucker abgerufen werden.
Eine Prüfanlage eingangs genannter Art wird beschrieben in DE 195 40 319 C1. Im
Bekannten wird eine Vorrichtung zum Prüfen der Biegefestigkeit eines stehend im
Boden verankerten Metall-Mastes angegeben. Auf den Mast wird mit Abstand ober
halb des Bodens ein Biegemoment ausgeübt. Die dadurch bewirkte Auslenkung - ggf.
auch die Rückfederung - des Mastes wird gemessen. Basis bzw. Eichpunkt
oder Kalibrierung einer solchen Messung ist die Mastposition vor Beginn der Prüfung,
d. h. vor Beginn der Wirkung des Biegemoments. Wenn die Gefahr besteht,
daß durch die Wirkung des Biegemoments nicht nur eine Mast-Auslenkung sondern
auch eine Bewegung des Mastfundaments hervorgerufen wird, müssen auch ent
sprechende Veränderungen der Voreichung erfaßt und im Meßergebnis kompen
siert werden. Zu diesem Zweck wird nach DE 195 40 319 C1 dem Mastfuß unmit
telbar am Boden ein zusätzlicher Wegsensor zum Erfassen der Position des Mast
fundaments zugeordnet.
Nach diesem Stand der Technik kann den jeweils zu prüfenden Höhenlagen des
Mastes eine Skalenplatte befestigt werden, auf die mit Hilfe eines Lichtsenders ein
Lichtstrahl, insbesondere Laserstrahl, gerichtet wird. Die Position des vom Licht
strahl erzeugten Licht- bzw. Eichpunktes auf der Skala wird abgelesen und regi
striert. Daraufhin wird der Mast von einer Seite her durch eine Krafteinheit mit einem
Biegemoment vorgegebener Größe belastet. Bei maximaler Wirkung und/oder nach
Abschalten der Krafteinheit wird für jede Höhenlage, für die vorher ein Eichpunkt
festgelegt war, nachgeprüft, welchen Abstand der vom Lichtstrahl erzeugte Licht
punkt von dem am Anfang registrierten Eichpunkt hat. In diesen Meßergebnissen
werden - wie gesagt, getrennt erfaßte - Bewegungen von Fundament bzw. Grün
dung kompensiert.
Mit Hilfe einer Lichtquelle und eines Skalenschirms der beschriebenen Paarung
kann immer nur eine - im wesentlichen quer zur Richtung des Lichtstrahls - verlau
fende, Komponent der Auslenkung des jeweils geprüften Mastes erfaßt und regi
striert werden. Es ist im Bekannten beispielsweise praktisch ausgeschlossen, mit
Hilfe der einen Messung eine Auslenkung des Mastes zu bemerken oder gar zu re
gistrieren, welche in Richtung des Lichtstrahls verläuft. Solche Auslenkungen kön
nen aber - unabhängig von der Richtung in der die Krafteinheit wirkt - vorkommen.
Oft muß die Festigkeit eines Mastes durch Belastung in verschiedenen Richtungen
geprüft werden. Jedes Mal sind die erforderlichen Meßeinheiten am Mast und auf
dem Boden in der Umgebung des Mastes zu installieren und zu eichen. Dieser Auf
wand ist erheblich.
Wenn ein Mast auf irgendeine Weise auf seine Biegefestigkeit gewerblich geprüft
worden ist und für ausreichend haltbar befunden wurde, übernimmt der Prüfer in der
Regel für einige Jahre die Gewähr für die weitere Haltbarkeit. Hierfür müssen die
von der Meßeinheit ermittelten Daten zur Biegefestigkeit einem bestimmten Mast
auch noch nach Jahren zugeordnet werden können, d. h. es muß sowohl für den
Prüfer als auch für dessen Auftraggeber zweifelsfrei dokumentiert werden, für wel
chen einzelnen Mast die Gewähr übernommen wurde. Wenn der einzelne Mast
nicht numeriert ist, kann es verständlicher Weise Schwierigkeiten machen, ihn nach
Jahren zu identifizieren. Oft gibt es sogar bei einem nummerierten Mast Unklarheiten,
wenn dieser in der Zwischenzeit - etwa weil er bei einer Einfahrt störte -, um
kleinere oder größere Strecken versetzt wurde; gegebenenfalls würde dadurch die
Gewährleistungspflicht in der Regel unterbrochen.
Es ist also wichtig, nicht nur den einzelnen untersuchten Mast reproduzierbar er
kennen zu können, sondern auch die genaue Position, die der Mast während der
Prüfung einnahm, für die Zeit der übernommenen Gewährleistung zweifelsfrei für
alle Beteiligten zu dokumentieren. Die einzelnen - gewissermaßen geographischen
- Koordinaten des Mastes können den zur Biegefestigkeit ermittelten Daten von
Hand hinzugefügt werden. Diese herkömmliche Eingabe bereitet aber in der Praxis
oft Probleme, weil der genaue Standort nur schwer exakt zu beschreiben ist (oft gibt
es bauliche Veränderungen, auf freiem Feld fehlen Fixpunkte) und Irrtümer nicht
auszuschließen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßsystem zu schaffen, welches in
der Lage ist, die Eichmessungen, die Messungen in verschiedenen Richtungen und
Höhenlagen im Anschluß an eine Biegebelastung auszuführen, ohne daß mechani
sche Umstellungen oder Justierungen zwischen den einzelnen Messungen erforder
lich wären, und/oder die geographischen Koordinaten des Mastfußes festzustellen,
um für den einzelnen Mast dessen genauen Standort reproduziert festzulegen,
zweifelsfrei zu dokumentieren und irrtumsfrei zu registrieren. Auf diese Weise sollen
alle Mast-Daten vor, während und nach der Prüfung einschließlich Mastdrehungen
und Datenänderungen unter Lastwechsel erfaßt werden können.
Die erfindungsgemäße Lösung wird für die Anlage eingangs genannter Art im
Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben. Einige Verbesserungen bzw. weitere
Ausgestaltungen oder Abwandlungen der Erfindung werden in den übrigen Ansprü
chen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird als Meßeinheit mindestens ein am Mast zu plazierendes Sa
telliten-Navigationsempfänger vorgesehen. Ein solches im sog. GPS-System arbei
tendes Navigationsgerät (GPS-Empfänger) wird auf entsprechende Meßsatelliten
(z. B. auf drei Meßsatelliten) gerichtet. Da mit Hilfe von Satelliten-
Navigationsempfängern der ganze Mast sowohl betreffend seine geographische
Position im Boden als auch betreffend seine Ausrichtung vor und nach dem Auf
bringen eines Biegemoments erfaßt und genau ausgemessen werden kann, sind
gesonderte Messungen in verschiedenen Richtungen mit entsprechenden Justie
rungen oder gesonderte Kompensierungen wegen eventueller Bewegungen des
Mastfundamentes nicht mehr erforderlich. Alle diese Bewegungen können durch
einen einzigen Satelliten-Navigationsempfänger erfaßt und in einem Zuge automa
tisch - bevorzugt on-line - irrtumsfrei ermittelt und aufgezeichnet werden, insbeson
dere einem Rechner bzw. Controller zugeleitet werden.
Im allgemeinen kann es sich empfehlen, zum Feststellen und Registrieren der geo
graphischen Mastkoordinaten ein gesondertes Meßteil, bevorzugt ebenfalls einen
GPS-Empfänger, einzusetzen. Gegebenenfalls kann die erfindungsgemäße Meß
einheit dann zwei GPS-Empfänger umfassen. Einer dieser Empfänger kann am Bo
den so nahe angrenzend am Mast positioniert werden, daß die geographischen
Mastkoordinaten - in irgendeinem Koordinatensystem, z. B. Gauß-Krüger- oder
UTM-System - zweifelsfrei zu ermitteln sind. Der andere Empfänger soll mit erhebli
chem Abstand über dem Boden - gegebenenfalls vorzugsweise über einer
Revisionstür -, also in solcher Höhe am Mast befestigt werden, daß als Antwort auf
die Biegelast auftretende Mastauslenkungen usw. (für den Anwendungsfall) genau
genug zu registrieren sind. Die jeweils zu erfassende Wegstrecke kann als
Koordinatenänderung unter Biegelast (bzw. Wechsellast) registriert werden.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nicht nur die als Antwort auf ein Biege
moment aufgetretenen Auslenkungen des Mastes und von dessen Fundament er
faßt werden können, zugleich und in einem Zuge lassen sich durch die Satellitenna
vigation auch die geographischen Koordinaten des Mastfußes irrtumsfrei ermitteln
und, vorzugsweise zusammen mit den Kennwerten der Biegefestigkeit, aufzeichnen
sowie einem Rechner bzw. Controller zuleiten. Mit Hilfe eines Satelliten-
Navigationsempfängers - eventuell mit Zusatzpeilgeräten - lassen sich derartige
Messungen auf wenige Millimeter genau ausführen.
Eine bevorzugte weitere erfindungsgemäße Lösung besteht für die Anlage eingangs
genannter Art darin, daß der Meßeinheit ein Rechner bzw. Controller (über Draht
oder drahtlos) nachgeschaltet ist und daß dem Rechner bzw. Controller außer der
Meßeinheit ein am Mast, d. h. in vorgegebener Position in Bezug auf den Mast, zu
plazierendes Satelliten-Navigationsgerät zum Bestimmen der geographischen Ko
ordinaten des Mastfußes zugeordnet ist. Plazieren "in vorgegebener Position in Be
zug auf den Mast", bedeutet, daß das jeweilige Gerät mit vorgegebenem Abstand
zum Mast bzw. Mastfuß, insbesondere unmittelbar am Mast, angeordnet wird. Unter
anderem durch das definierte Positionieren des Meßgeräts in Bezug auf den Mast
werden die fraglichen Meßergebnisse reproduzierbar.
Insbesondere hierdurch wird es möglich, in einem Zuge die geographischen
Koordinaten des Mastfußes zugleich mit den Kennwerten der Biegefestigkeit
automatisch - bevorzugt on-line - und mit gleich hohem Meßkomfort und mit
gleichen Meßsicherheit irrtumsfrei zu ermitteln und aufzuzeichnen, insbesondere
einem Rechner bzw. Controller zuzuleiten.
Bei einem Verfahren zum Betrieb der Anlage können gemäß weiterer Erfindung zur
Biegefestigkeit und zum Standort aufgenommene Daten im Rechner kombiniert und
gemeinsam registriert werden. Erfindungsgemäß sollen beim Ausdrucken der Meß
ergebnisse selbsttätig - also ohne daß Irrtümer möglich sind - die die Mechanik des
Mastes betreffenden Meßdaten zur Biegefestigkeit und/oder die geographischen
Koordinaten des Mastfußes zur Zeit der Messung angegeben werden.
Anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels werden Einzel
heiten der Erfindung für eine Prüfanlage mit nachgeschaltetem Rechner dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Meßanlage mit Satellitennavigationsgerät zum
Feststellen der geographischen Koordinaten; und
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Meßanlage mit Satellitennavigationsgerät zum
Feststellen der Meßdaten bei einer Biegebelastung.
In Fig. 1 wird eine auf einen im Boden 1 verankerten Mast gegebenenfalls Zug oder
Druck ausübende Biegelast 3 durch einen Doppelpfeil symbolisiert. Die Biegelast 3
kann durch irgendein Zug- oder Druckmittel in den Mast 2 eingeleitet werden. Sie
soll so groß sein, daß am Mast 2 oder dessen Fundament 4 vorhandene Mängel
normaler Weise offenbar werden.
Wenn die Biegefestigkeit eines Mastes 2 zu prüfen ist, werden mit Hilfe einer Meß
einheit 5 im allgemeinen die mechanischen Mastpositionen einerseits vor dem er
sten Einwirken der Biegelast 3 und andererseits nach dem Abschalten der Biegelast
3 ermittelt, miteinander verglichen und registriert. Zu diesem Zweck kann die Meß
einheit 5 mit einer mit dem Mast 2 verbundenen Laser- oder Lichtquelle 6
ausgestattet werden, welche auf einen Empfänger 7 eines Registriergeräts 8
gerichtet ist. Die mechanische Mastposition bzw. -auslenkung kann im Rahmen der
Erfindung auch mit anderer Anordnung oder Ausbildung von Lichtquelle und
-empfänger oder auf nach andere Weise, z. B. auch mechanisch, ermittelt werden.
Zum Registrieren der Mastposition werden die im Registriergerät 8 erfaßten Werte
einem auch als Controller bezeichneten Rechner 9 zugeleitet. Die im Rechner 9
gesammelten und gegebenenfalls verarbeiteten Werte können auf einem Bildschirm
10 sichtbar gemacht oder auf einem Drucker 11 ausgedruckt werden.
Im Rahmen der Erfindung wird es möglich, nicht nur die Biegefestigkeit des Mastes
2 mittels der Meßeinheit 5 zu erfassen, sondern zugleich auch den genauen (geo
graphischen) Standort des Mastes 2 irrtumsfrei und reproduzierbar zu dokumentie
ren. Zu diesem Zweck wird in bestimmtem Abstand vom Mast 2, vorzugsweise in
dessen unmittelbarer Nähe, ein Satelliten-Navigationsgerät 12 mit Antenne 13 posi
tioniert. Die von dem Gerät 12 gelieferten Meßergebnisse, nämlich die geographi
schen Koordinaten des Mastfußes 14, werden mit der nach dieser Technik mögli
chen Genauigkeit aufgenommen und mit den von der Meßeinheit 5 registrierten Da
ten im Rechner 9 so kombiniert, daß zu den mechanischen Kennwerten eines Ma
stes 2 automatisch die im Moment (Datum bzw. Uhrzeit) der Stabilitätsmessung gül
tigen geographischen Mastkoordinaten hinzugefügt werden. Auf diese Weise wird
sichergestellt, daß während der gesamten Gewährleistungszeit jederzeit zweifelsfrei
der gemessene Mast zu identifizieren ist, und festgestellt werden kann, ob der Mast
noch seine ursprüngliche Position einnimmt.
Die Messung und Registrierung kann bereits während des Meßvorgangs (sowohl
mit der Meßeinheit 5 als auch mit dem Satelliten-Navigationsgerät 12) kontrolliert
werden. Hierzu kann der dem Rechner 9 nachgeschalteter Bildschirm 10 vorgese
hen werden. Das Gesamt-Meßergebnis kann - ebenso wie bei der Meßeinheit 5 -
ausgedruckt und beispielsweise in dieser Form an den Auftraggeber weitergegeben
werden. Die dem Auftraggeber gelieferten Daten, z. B. als Diskette oder Papier, ent
halten dann neben den Kennwerten der Biegefestigkeit die geographischen Koordi
naten für jeden einzelnen geprüften Mast.
In Fig. 2 werden gleiche Teile wie in Fig. 1 bezeichnet. Wenn die Biegefestigkeit
eines Mastes 2 zu prüfen ist, wird im gezeichneten Ausführungsbeispiel am Mast 2
die Meßeinheit 5 - z. B. mit der gezeichneten Klammer 15 - befestigt. In Fig. 2 wird
die Meßeinheit 5 als Satelliten-Navigationsgerät 16 mit Antenne 17 ausgebildet. Die
Antenne 17 wird auf einen Navigationssatelliten 18 gerichtet. Dadurch wird die
räumliche Position der Meßeinheit 5 und mit ihr die augenblickliche Position des
Mastes 2 mit allen Koordinaten (wie oben angegeben) exakt bestimmbar. Die Posi
tionsbestimmung umfaßt sowohl die Ausrichtung des Mastes 2 vor und während als
auch nach Ausübung einer Biegelast 3 und gegebenenfalls die genaue Position
bzw. Veränderungen der Position des Mastfußes 14. Auch die geographischen Ko
ordinaten des Mastes 2 können bereits mit der Meßeinheit 5 ermittelt werden.
Alle auf die vorgenannte Weise in der Meßeinheit 5 erfaßten Daten werden drahtlos
oder über eine Leitung 19 dem auch als Controller bezeichneten Rechner 9 zugelei
tet. Die im Rechner 9 gesammelten und gegebenenfalls verarbeiteten Werte können
auf dem Bildschirm 10 sichtbar gemacht und/oder auf dem Drucker 11 ausgedruckt
werden.
Wenn - ähnlich Fig. 1 - zum exakten Erfassen der geographischen Mastkoordina
ten ein gesonderter GPS-Empfänger 12 am Mastfuß 14 bzw. an dessen Fundament
4 vorgesehen wird, z. B. über eine eigene Antenne 13, kann dieser ebenfalls mit
dem Satelliten 18 in Verbindung treten und seine Meßergebnisse - über eine Lei
tung oder drahtlos - an den Rechner 9 liefern. Die von der gegebenenfalls aus den
beiden GPS-Empfängern 16 und 12 bestehende Meßeinheit gelieferten Meßergeb
nisse werden in dem Rechner 9 verarbeitet (insbesondere kombiniert) und auf
Wunsch gespeichert sowie dem Bildschirm 10 und/oder dem Drucker 11 zugänglich
gemacht.
Im Rahmen der Erfindung wird es möglich, nicht nur die Biegefestigkeit des Mastes
2 zu erfassen, sondern zugleich auch den genauen geographischen Standort des
Mastes 2 irrtumsfrei und reproduzierbar zu dokumentieren. Die von der Meßeinheit
(12, 16) gelieferten Daten betreffend Mastauslenkung, Fundamentbewegung und
die geographischen Koordinaten des Mastfußes 4 können mit der Genauigkeit der
Satellitennavigation aufgenommen und alle praktisch zugleich mit Datum und Uhr
zeit registriert werden. Auf diese Weise werden eine exakte Messung der Maststabi
lität mit einem einzigen Aufbau der Meßeinheit 12, 16 und/oder zugleich auch die
exakte Bestimmung und Registrierung der geographischen Mastkoordinaten mög
lich. Während der gesamten Gewährleistungszeit ist jederzeit zweifelsfrei der ge
messene Mast zu identifizieren und festzustellen, ob der Mast noch seine ursprüng
liche Position einnimmt.
1
Boden
2
Mast
3
Biegelast
4
Fundament (
2
)
5
Meßeinheit
6
Lichtquelle
7
Empfänger
8
Registriergerät
9
Rechner
10
Bildschirm
11
Drucker
12
Satelliten-Navigationsgerät
13
Antenne
14
Mastfuß
15
Klammer (
Fig.
2
)
16
Satelliten-Navigationsgerät
17
Antenne
18
Satellit
19
Leitung
Claims (6)
1. Anlage zum Prüfen der Biegefestigkeit eines am Mastfuß (4) im Boden (1)
verankerten Mastes (2), bestehend aus einer Krafteinheit, mit deren Hilfe eine
Biegelast (3) in den Mast (2) einleitbar und dadurch der Mast (2) mit einem
Biegemoment belastbar ist, und aus einer Meßeinheit (5), dadurch
gekennzeichnet, daß zur Meßeinheit (5) mindestens ein am Mast (2) zu
plazierender Satelliten-Navigationsempfänger (12) und/oder (16) gehört.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßein
heit (5) zum Erfassen der geographischen Koordinaten des Mastfußes (4)
ausgebildet ist.
3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßein
heit zwei Satelliten-Navigationsempfänger (12, 16) umfaßt.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Satelliten-
Navigationsempfänger (16) mit erheblichem Abstand vom Boden (1) am Mast
(2) befestigt ist und daß ein anderer Satelliten-Navigationsempfänger (12) am
Boden (1) am Mastfuß (14) angeordnet ist.
5. Anlage zum Prüfen der Biegefestigkeit eines am Mastfuß (15) im Boden (1)
verankerten Mastes (2), bestehend aus einer Krafteinheit, mit deren Hilfe ei
ne Biegelast (3) in den Mast (2) einleitbar und dadurch der Mast (2) mit ei
nem Biegemoment belastbar ist, und einer Meßeinheit (5), mit deren Hilfe ei
ne Auslenkung des Mastes (2) feststellbar ist, insbesondere nach mindestens
einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meß
einheit (5) ein Rechner (9) nachgeschaltet ist und daß dem Rechner (9) au
ßer der Meßeinheit (5) ein am Mast (2) zu plazierendes Satelliten-
Navigationsgerät (12) zum Bestimmen der geographischen Koordinaten des
Mastfußes (14) zugeordnet ist.
6. Verfahren zum Betrieb der Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Meßeinheit (5) bzw.
dem Satelliten-Navigationsgerät (12, 16) kommenden Daten der Mastauslenkung,
insbesondere auch der geographischen Mastkoordinaten, in einer
Software kombiniert und gemeinsam registriert werden.
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